水体多波长衰减系数测量方法及测量系统技术方案

本发明专利技术涉及水下光学传感技术，具体涉及水体多波长衰减系数测量方法及测量系统，为解决现有技术中存在水体多波长衰减系数测量方法和系统的测量精度低、误差较大的不足之处。本发明专利技术水体多波长衰减系数测量方法包括以下步骤：在待测水体中发射激光信号，在第一接收距离接收激光信号，并根据接收的激光信号得到第一接收距离下的光功率值I1；调整发射激光信号和接收激光信号之间的距离为第二接收距离，得到第二接收距离下的光功率值I2；根据光功率值I1和I2，计算得到待测水体的衰减系数；同时提供用于实现上述测量方法的测量系统，消除衰减系数测量过程中的系统误差。系数测量过程中的系统误差。系数测量过程中的系统误差。

【技术实现步骤摘要】
水体多波长衰减系数测量方法及测量系统


[0001]本专利技术涉及水下光学传感技术，具体涉及水体多波长衰减系数测量方法及测量系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着水下协同科考、水下观测网及水下油气开发等领域水下光学探测手段的不断发展，探测的精度和准确性的要求不断提高，而水体是流动多变的，水体光学特征参数随时间动态变化，水下无线光通信、水下相机、水下激光雷达等水下传感技术精度、距离指标都与水体光学特征参数衰减系数息息相关，因此，有必要开展水体多波长光学特征参数自动化测量系统及方法的研究，从而基于水体特征参数实时动态调整水下光学传感设备的内部参数，增强水下光学传感设备的环境适应性和精准度，但是，现有的水体多波长衰减系数测量方法和系统的测量精度低，误差较大。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是解决现有技术中存在水体多波长衰减系数测量方法和系统的测量精度低、误差较大的不足之处，而提供一种水体多波长衰减系数测量方法及测量系统。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供的技术解决方案如下：
[0005]一种水体多波长衰减系数测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0006]步骤1，在待测水体中发射激光信号，在第一接收距离接收激光信号，并根据接收的激光信号得到第一接收距离下的光功率值I1；所述激光信号设置有至少一束；
[0007]步骤2，调整接收激光信号与发射激光信号之间的距离为第二接收距离，得到第二接收距离下的光功率值I2；
[0008]步骤3，通过下式根据光功率值I1和光功率值I2，得到待测水体的衰减系数，
[0009]c＝(1/(d2‑
d1))ln(I1/I2)
[0010]其中，d1为光功率值I1对应的第一接收距离，d2为光功率值I2对应的第二接收距离，d2＞d1，c为衰减系数。
[0011]进一步地，步骤1中，重复多次发射激光信号和接收激光信号，得到对应的多个光功率，依次判断除第一个和最后一个光功率外的光功率是否为突变光功率并去除突变光功率，对剩余光功率求平均值作为对应发射和接收距离下的光功率值I1；
[0012]所述突变光功率指与相邻两个光功率的差值同时超出设定偏差范围的光功率。
[0013]进一步地，步骤1中，所述激光信号为多束，多束激光信号的波长不同，根据接收的激光信号同时得到不同波长激光信号对应发射和接收距离下的光功率值I1；
[0014]步骤2中，同时得到不同波长激光信号对应发射和接收距离下的光功率值I2；
[0015]步骤3中，根据不同波长激光信号对应的光功率值I1和光功率值I2，同时得到不同波长激光信号在待测水体的衰减系数。
[0016]同时，还提供一种水体多波长衰减系数测量系统，用于实现上述水体多波长衰减
系数测量方法，其特征在于：
[0017]包括信号发射模块、信号接收模块、数据处理模块、中心处理模块及移动控制模块；
[0018]所述信号发射模块用于向待测水体发射不同波长的激光信号；
[0019]所述信号接收模块用于接收经待测水体后的激光信号；
[0020]所述数据处理模块用于根据信号接收模块接收的激光信号得到光功率，并传输至中心处理模块；
[0021]所述中心处理模块用于控制信号发射模块、信号接收模块和移动控制模块的工作状态，接收并处理数据处理模块传输的数据；
[0022]所述移动控制模块用于控制信号发射模块和信号接收模块之间的距离。
[0023]进一步地，所述中心处理模块上还设置有数据接口，数据接口用于与上位机连接，对中心处理模块进行远程控制。
[0024]进一步地，所述信号发射模块的外部设置有第一密封壳体，第一密封壳体对应信号发射模块输出端的位置设置有第一光学窗口；
[0025]所述信号接收模块、数据处理模块、中心处理模块的外部设置有第二密封壳体，第二密封壳体对应信号接收模块输入端的位置设置有第二光学窗口，第二光学窗口与第一光学窗口相对设置，且中间留有空间；
[0026]所述移动控制模块外部设置有第三密封壳体，移动控制模块用于使第一密封壳体或第二密封壳体位移。
[0027]进一步地，所述第一密封壳体或第二密封壳体通过螺杆连接移动控制模块的输出端，通过控制螺杆旋转使第一密封壳体或第二密封壳体位移；
[0028]所述第一密封壳体或第二密封壳体的一侧设置有机械限位，用于限制第一密封壳体或第二密封壳体移动的最大距离。
[0029]进一步地，所述信号发射模块包括至少一个激光器，信号接收模块包括与激光器数量相同且一一对应设置的光电探测器；
[0030]所述数据处理模块包括信号处理单元和标定单元，信号处理单元用于对接收的激光信号进行放大、滤波及ADC采样，标定单元根据ADC采样结果得到对应光功率。
[0031]进一步地，所述中心处理模块中还设置有补偿模块，用于消除测量系统的系统误差。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0033]1.本专利技术测量方法中通过调整发射激光信号和接收激光信号之间的距离，测量对应发射和接收距离下的光功率值，根据其计算得到待测水体的衰减系数，可以消除衰减系数测量过程中的系统误差，同时，消除光强不稳定引入的测量误差，进一步提高测量精度。
[0034]2.本专利技术测量方法中对同一发射和接收距离的激光信号进行多次测量，消除因激光器发射的激光信号抖动引起的误差；同时，还设置了光功率偏差范围，进行多次测量时去掉突变光功率，对其余光功率求平均值，提高测量准确性。
[0035]3.本专利技术测量系统采用模块化设计思路，对各模块集成设置，使得测量系统布局合理功能完善，实现对发射激光信号和接收激光信号之间的距离的调整，可以作为独立载荷搭载在水下平台，实现多路波长特征参数实时测量及数据传输，积累水体数据，为水下光
学传感设备进一步优化研发，提供数据支撑，同时对其他设备的测量参数进行调整，进一步扩大水下光学传感设备的环境适应性和应用范围；对水体衰减系数的精确测量也可以可实时评估水下光学传感设备系统指标，指导外场试验，提高试验系统，优化试验方案。
[0036]4.本专利技术测量系统的使用方法通过移动控制模块对信号发射模块和信号接收模块之间的距离进行调整，实现移动式测量。
附图说明
[0037]图1是本专利技术水体多波长衰减系数测量系统实施例的系统连接示意图；
[0038]图2是本专利技术水体多波长衰减系数测量系统实施例中信号发射模块和信号接收模块相对位置示意图；其中，a为固定式测量的信号发射模块和信号接收模块位置；b为信号接收模块固定，信号发射模块产生位移的示意图；c为信号发射模块固定，信号接收模块产生位移的示意图；
[0039]图3是本专利技术水体多波长衰减系数测量系统实施例的平面结构示意图；其中，a为第一密封壳体移动的结构示意图；b为第二密封壳体移动的结构示意图；
[0040]图4是本专利技术水体多波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水体多波长衰减系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在待测水体中发射激光信号，在第一接收距离接收激光信号，并根据接收的激光信号得到第一接收距离下的光功率值I1；所述激光信号设置有至少一束；步骤2，调整接收激光信号与发射激光信号之间的距离为第二接收距离，得到第二接收距离下的光功率值I2；步骤3，根据光功率值I1和光功率值I2，通过下式得到待测水体的衰减系数，c＝(1/(d2‑
d1))ln(I1/I2)其中，d1为光功率值I1对应的第一接收距离，d2为光功率值I2对应的第二接收距离，d2＞d1，c为衰减系数。2.根据权利要求1所述的水体多波长衰减系数测量方法，其特征在于：步骤1中，重复多次发射激光信号和接收激光信号，得到对应的多个光功率，依次判断除第一个和最后一个光功率外的光功率是否为突变光功率并去除突变光功率，对剩余光功率求平均值作为对应发射和接收距离下的光功率值I1；所述突变光功率指与相邻两个光功率的差值同时超出设定偏差范围的光功率。3.根据权利要求1或2所述的水体多波长衰减系数测量方法，其特征在于：步骤1中，所述激光信号为多束，多束激光信号的波长不同，根据接收的激光信号同时得到不同波长激光信号对应发射和接收距离下的光功率值I1；步骤2中，同时得到不同波长激光信号对应发射和接收距离下的光功率值I2；步骤3中，根据不同波长激光信号对应的光功率值I1和光功率值I2，同时得到不同波长激光信号在待测水体的衰减系数。4.一种水体多波长衰减系数测量系统，用于实现权利要求1
‑
3任一所述水体多波长衰减系数测量方法，其特征在于：包括信号发射模块(110)、信号接收模块(210)、数据处理模块(220)、中心处理模块(230)及移动控制模块(310)；所述信号发射模块(110)用于向待测水体发射不同波长的激光信号；所述信号接收模块(210)用于接收经待测水体后的激光信号；所述数据处理模块(220)用于根据信号接收模块(210)接收的激光信号得到光功率，并传输至中心处理模块(230)；所述中心处理模块(230)用于控制信号发射模块(110)、信号接收模块(210)和移动控制模块(310)的工作状态，接收并处理数据处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，李广英，聂文超，汪伟，常畅，韩笑天，谢小平，廖佩璇，郑运强，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：